应用在雷达天线罩上的材料——石英纤维材料介绍

发布日期：2023-05-22 14:31:11 点击：

石英纤维

石英纤维又称石英玻璃纤维，是指二氧化硅含量超过99.95% 的石英玻璃晶体由熔融、丝直径为1-15μm 的特种玻璃纤维制成。耐热性高，可在1050 °C 长时间使用，瞬间高温可达1700 °C，耐热性仅次于碳纤维，具有优良的电绝缘和介电性能。石英纤维的生产很大程度上取决于原材料的供应，通常高纯度的石英棒是直接送到熔丝拉丝的高温区的。一般在2000 ~ 2100 °C 下控制

雷达天线罩是航空飞行器实现通信、探测、火控、敌我识别、电子干扰等任务功能时重要的电磁透波窗口，用于保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作，并使电磁波正常透过的一种结构/功能体。雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等，其中最主要的是介电性能，具体包括介电常数（ε）和损耗角正切（tanδ）。其中tanδ越大，电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多；ε越大，电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。因此，要求雷达天线罩罩体材料的tanδ低至接近于零，ε尽可能低，以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。

纤维增强树脂基复合材料是一种集结构、隔热和透波于一体的功能复合材料。它具有优异的介电性能，较小的介电常数ε和介电损耗tanδ，足够的机械强度和合适的弹性模量，是应用最广泛的天线罩材料。

增强纤维为纤维可以增强树脂基复合结构材料的主要承力者，在复合建筑材料发展中有一个较高体积含量。其介电常数一般水平高于树脂基体，因此是决定复合材料工程力学性能和介电性能的主要影响因素。

目前，天线罩纤维增强树脂基复合材料的主要增强体是玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维。石英纤维是一种玻璃纤维。

玻璃纤维具有强度高、介电性能优异、耐腐蚀、吸湿性小、尺寸稳定性好等优点，是天线罩最常用的增强材料，包括E玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维。e玻璃纤维是一种无碱玻璃，是最早用于天线罩的增强材料，价格最低，但电性能较差；s玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，具有最好的力学性能和中等的介电性能。d玻璃纤维又称低介电玻璃纤维，是国外专门为天线罩开发的一种玻璃纤维。ε和tanδ仅次于应时纤维和高硅氧玻璃纤维，但拉伸强度和模量低于其他纤维。高硅氧玻璃纤维是以E玻璃纤维为基础，其二氧化硅含量可达91% ~ 99%，性能介于E玻璃纤维和应时纤维之间。

石英光纤的介电性能是所有玻璃光纤中最好的，它能在宽频带内保持相同的介电性能，从而实现天线罩的宽频传输。

应时纤维在实践中也被广泛使用。例如，美国F-15战斗机的第一代和第二代头锥天线罩都采用应时纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层结构的蒙皮。宽带性能优异的应时光纤用于国外第四代战斗机，如美国F-22天线罩。